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一种传感网邻居发现中的工作周期次数集合配置的方法

热词	素数邻居集合周期发现节点传感次数占空比 ci
专利类型	发明授权	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN201410848398.4	申请日	2014-12-29
公开(公告)号	CN105813163B	公开(公告)日	2019-01-08
申请人	中国民用航空总局第二研究所;	申请人类型	科研院所
发明人	程华; 王建闽; 任荣; 李静毅; 汤永胜; 涂新; 周玲; 唐松;	第一发明人	程华
权利人	中国民用航空总局第二研究所	权利人类型	科研院所
当前权利人	中国民用航空总局第二研究所	当前权利人类型	科研院所
省份	当前专利权人所在省份：四川省	城市	当前专利权人所在城市：四川省成都市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：四川省成都市高新区二环路南二段17号	邮编	当前专利权人邮编：610041
主IPC国际分类	H04W40/24	所有IPC国际分类	H04W40/24 ; H04W84/18
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	2	专利文献类型	B
专利代理机构	成都睿道专利代理事务所	专利代理人	潘育敏;
摘要	本发明公开了传感网邻居发现中的工作周期次数集合配置的方法。在基于素数集合的无线传感网邻居发现中，传感器节点根据需求的占空比来确定一个素数集合P，根据素数集合P求出节点的完全工作周期T，然后再逐一求出与素数集合P中的素数p对应的工作周期次数c,从而确定工作周期次数集合C。素数集合中的每一个素数与工作周期次数集合C中的每一个元素一一对应。当计算出的工作周期次数c为非整数时，对结果进行向下取整处理。本发明对于无线传感网，特别是在移动场景下，缩短了传感器节点之间的平均发现延迟，在固定的时间段内，提高了首次实现相互发现的节点对与网络中总的节点对之间的比率。
权利要求	1.一种传感网邻居发现中的工作周期次数集合配置的方法，其特征在于：在基于素数集合的低占空比无线传感网邻居发现中，传感器节点根据低占空比需求的占空比来确定一个素数集合P，首先根据素数集合P求出节点的完全工作周期T，然后再逐一求出与素数集合P中的素数p对应的工作周期次数c,从而确定工作周期次数集合C；本发明的步骤是：第一步、根据公式确定完全工作周期T，式中，pi是素数集合P中的一个元素，k为素数集合P中元素的个数；第二步、根据公式求出与pi对应的工作周期次数ci，其中ci为所要配置的工作周期次数集合C中的一个元素，pi为与工作周期次数集合C对应的素数集合P中的一个元素，pi与ci一一对应，T为已确定的完全工作周期；第三步、根据逐一求出的与素数集合P中的素数p对应的工作周期次数c,确定出工作周期次数集合C。 2.如权利要求1所述的传感网邻居发现中的工作周期次数集合配置的方法，其特征在于：传感器节点以定值的完全工作周期T进行工作，其中，T为对素数集合P中所有素数平均值的平方向下取整的值；当传感器节点以定值的完全工作周期T进行工作，根据T值和已知的素数集合P，节点按照公式确定工作周期次数集合C，当传感器节点按照公式计算出与pi对应的工作周期次数ci为非整数时，对结果进行向下取整处理。
说明书全文	一种传感网邻居发现中的工作周期次数集合配置的方法一、技术领域 [0001] 本发明涉及传感网中的邻居发现，特别涉及基于素数集合的低占空比传感网邻居发现，具体是一种基于素数集合的传感网邻居发现中工作周期次数集合配置的方法。二、背景技术 [0002] 在无线传感网的不同应用场合都需要组网的过程，而邻居发现是组网的必经步骤。无线传感网多以分布式和自组织的方式，通过无线通信形成一个多跳的自组织网络。为了延长网络的寿命，传感器节点必须以低功耗的方式通信。因而，快速完成邻居发现，加快组网的速度是降低功耗、实现现代无线传感网技术的基本和现实要求。更是移动场景中降低平均延迟、实现高效数据传输的迫切需要。 [0003] 在无线传感网中，低占空比操作降低了传感器节点工作的功耗，同时延长了无线传感网节点的寿命，延长了网络的生命周期。现有低占空比无线传感网邻居发现方法有同步和异步之分。其中，异步邻居发现方法因为不需要使用额外的硬件，不需要为维持时钟同步而执行专门的同步操作而受到青睐。 [0004] 在基于素数集合的低占空比传感网邻居发现的方法中，传感器节点每次只挑选单个素数作为自己的当前工作周期，大大降低了邻居发现的能耗，从而在相同能耗情况下，大大降低了邻居发现的平均发现延迟，并让发现延迟拖尾变短、变小，提高网络通信质量。相对于Birthday、Disco和Searchlight等经典的基于节点对的异步邻居发现的方法，基于素数集合的传感网邻居发现方法的平均发现延迟更小。同时，基于素数集合的低占空比传感网邻居发现的方法，能够有效降低能耗、缩短平均发现延迟还可以根据不同的场景选择不同的素数集合来进行占空比调节，特别适用于移动场景。 [0005] 在基于素数集合的低占空比传感网邻居发现的方法中，根据传感网不同的占空比需求配置不同的素数集合P，并为素数集合P中的每一个素数p确定一个相应的工作周期次数c，组成工作周期次数集合C。传感器节点根据自己的占空比要求选定一个素数集合P和相应的素数工作周期数次数集合C作为设置自己的工作周期以及以该工作周期工作时长的依据。 [0006] 工作周期次数集合的配置是非常重要的环节，对于传感网中邻居的发现比率有着至关重要的作用，直接关系到邻居发现的时间延迟和网络通信质量。本发明在基于素数集合的低占空比传感网邻居发现的方法基础上，进一步优化对无线传感网节点的工作周期次数集合的配置，降低了能量消耗、缩短了邻居发现的发现延迟、提高了邻居发现比率，从而增强了网络通信质量。三、发明内容 [0007] 本发明的目的是在基于素数集合的低占空比传感网的邻居发现方法中，提供一种有效的节点工作周期次数集合的配置方法，该方法能进一步降低传感网的能耗、缩短邻居发现的延迟、提高邻居发现比率。 [0008] 本发明的目的是这样达到的：在基于素数集合的无线传感网邻居发现中，传感器节点根据需求的占空比来确定一个素数集合P。首先根据素数集合P求出节点的完全工作周期T，然后再逐一求出与素数集合P中的素数p对应的工作周期次数c,从而确定工作周期次数集合C。 [0009] 本发明的步骤是： [0010] 第一步、根据公式确定完全工作周期T，式中，pi是素数集合P中的一个元素，k为素数集合P中元素的个数。 [0011] 第二步、根据公式求出与pi对应的工作周期次数ci，其中ci为所要配置的工作周期次数集合C中的一个元素，pi为与工作周期次数集合C对应的素数集合P中的一个元素，pi与ci一一对应，T为已确定的完全工作周期。 [0012] 第三步、根据逐一求出的与素数集合P中的素数p对应的工作周期次数c,确定出工作周期次数集合C。 [0013] 传感器节点以定值的完全工作周期T进行工作，T为素数集合P中所有素数平均值的平方，与pi对应的工作周期次数ci为整数值，当传感器节点按照公式计算出与pi对应的工作周期次数ci为非整数时，对结果进行向下取整处理。 [0014] 本发明的积极效果是： [0015] 1、本发明对于无线传感网，特别是在移动场景下，传感器节点之间平均发现延迟的缩短，效果明显。同时在固定的一段时间内，提高了相互发现的节点占总节点个数的百分比，即提高了邻居发现比率。 [0016] 2、特别适应移动场景下短发现延迟的需求，更好地满足了现有技术在移动场景进行邻居发现的迫切需求，特别符合无线传感技术的飞速发展的要求。 [0017] 3、本发明可以根据不同的场景配置不同的工作周期次数集合，进行邻居发现性能调节，针对性强，使用方便可靠。四、附图说明 [0018] 图1是本发明中网络中的传感器节点工作示意图。图中Ti代表节点的一个完全工作周期，即节点以素数pi为工作周期，连续工作ci次。当节点工作一个完全工作周期Ti后，进入下一个全完工作周期Tj。图中两个面积相等的矩形表示任意两个完全工作周期的值都是相同的。 [0019] 图2是本发明中网络中任意两个传感器节点A、B以集合P0工作的示意图。正方形表示的是节点的时隙，其中实心正方形代表节点在此时隙苏醒；空心的正方形代表节点在该时隙睡眠。正方形正下方的数字表示时隙的编号。TA和TB分别表示节点A、B的完全工作周期。 [0020] 图3是节点以定值完全工作周期T0工作时与工作次数为定长c0的发现延迟的累积分布函数图。五、具体实施方式 [0021] 由于本发明解决的工作周期次数集合配置问题是传感网邻居发现中的一个步骤。为了完整清晰地表述本发明所提出的邻居发现中的工作周期次数集合配置方法的实现步骤，我们先给出在邻居发现中，本实施例中的进行条件。基于这些条件，完成本方法执行的过程。最后结合一种邻居发现方法描绘本发明的方法在邻居发现中的过程并在特定的无线传感网场景中进行邻居发现的模拟仿真，最后将本方法与目前最好的方法进行对比。 [0022] 条件1：传感网节点以基于素数集合的邻居发现方法进行邻居发现[0023] 条件2：传感网节点都以同一个素数集合P0来工作且已经配置好，记P0＝{67,71,73,79,83,97,101,103,107,109,113,127,131,137,139}， [0024] 素数集合中元素的个数k＝15。 [0025] 本方法的步骤如下： [0026] 第一步、根据公式确定完全工作周期T0＝10,404。式中，pi是素数集合P中的一个元素，k为素数集合P中元素的个数。 [0027] 第二步、根据公式求出与pi对应的工作周期次数ci，式中ci为所要配置的工作周期次数集合C中的一个元素，pi为与C对应的素数集合P中的一个元素，pi与ci一一对应，T为第一步所求出的完全工作周期长度。 [0028] 第三步，根据逐一求出的与素数集合P中的素数p对应的工作周期次数c,确定出工作周期次数集合C。 [0029] 本实施例中，根据P0＝{67,71,73,79,83,97,101,103,107,109,113,127,131,137,139}，素数个数k＝15，以及计算出来T0＝10,404的结果，我们求出与P0对应的C0＝{155,146,142,131,125,107,103,101,97,95,92,81,79,75,74}。 [0030] 应用本专利方法的传感器节点将以定值的完全工作周期T进行工作，其中，T为素数集合P中所有素数平均值的平方。当传感器节点以定值的完全工作周期T进行工作，根据T值和已知的素数集合P，节点按照公式确定工作周期次数集合C，由于ci为整数，故在计算时对非整数的ci值进行取整处理，本方法采用向下处理的方式取整。 [0031] 参见图1、图2。 [0032] 图1为应用本发明所提出的方法后，任意节点工作的模型。节点以素数pi为工作周期，连续工作ci次。当节点工作一个完全工作周期Ti后，进入下一个全完工作周期Tj。节点所有的完全工作周期都为定值，并以此循环往复的进行邻居发现。在图1的工作模型的基础上，任意两个节点进行邻居发现的过程如图2所示。图中任意两个节点，A和B，其中A先启动且节点间的启动时差为2个时隙。A在第一个完全工作周期TA中选择了101作为自己的工作周期，B在TB中选择的工作周期也为101。这样A、B在第一个完全工作周期T(T＝TA＝TB)里始终不能发现对方，因为其每个周期间总是有2个时隙的偏移。在第二个工作周期T的第一个时隙(时隙编号为10,404)时，A选择了103作为了自己的工作周期，B还是选了101作为自己的工作周期，则我们可以看到A、B在第二个完全工作周期T的103个时隙里相互发现了对方。 [0033] 本发明的方法在如下实施例的无线传感网场景中进行邻居发现的模拟仿真，然后将我们的方法与目前最好的方法进行对比。 [0034] 在一个移动低占空比的传感网中，网络中的节点密度为8，丢包率为10％。网络中的所有节点都以占空比为1％、通信半径为100m、速度为10m/s，在500m×500m的场地中进行邻居发现。邻居发现中本专利提出的方法与目前最好的工作周期次数集合确定方法采用相同的素数集合，为P0＝{67,71,73,79,83,97,101,103,107,109,113,127,131,137,139}。 [0035] 仿真的实验结果参见图3。其中本专利方法配置出的C0＝{155,146,142,131,125,107,103,101,97,95,92,81,79,75,74}。由于目前最好的周期次数确定算法以定值c＝pmax，其中pmax为素数集合P中的最大值，即c0＝139来确定周期的工作次数。则该方法采用的集合C1＝{139,139,139,139,139,139,139,139,139,139,139,139,139,139,139}。 [0036] 图例中的 [0037] 1：本发明的方法 [0038] 2：目前最好的方法 [0039] 由该发现延迟的累积分布图我们可以看出，本发明的方法在任意一个时间段的邻居发现比率都是最高的，即能在低占空比传感网的邻居发现中进一步降低能耗、缩短邻居发现延迟、提高邻居发现比率，从而增强了网络通信质量。

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